江门中微子实验启动纪实：探秘“幽灵”粒子

(1)中科院副院长尹(左三)、广东省副省长(左四)在高能研究所所长王(左二)的陪同下参观江门中微子实验建设现场

(2)江门中微子实验站的地理位置(HEC提供的地图)

(3)江门中微子实验站配套基础设施项目地面建筑三维布局。(黄河勘测规划设计有限公司设计)

正在建设中的江门中微子实验比大亚湾实验大100倍。人们对它有所期待，也有所怀疑，但中国科学家从未退缩。他们借鉴了大亚湾实验的成功经验，组建了强大的团队，提出了严谨可靠的实施方案，在中国基础科学研究的重要过渡时期建成了江门中微子实验，并有望在2020年开展中微子质量序列测量。

■我们的记者杨琦

1月10日下午，广东省江门市开平市金鸡镇一处偏僻的山坳非常热闹。来自世界各地的300多名中外科学家聚集在这里。目前，他们只谈了一个话题:江门中微子实验(JUNO)开始建设。这是继大亚湾反应堆中微子实验之后，中国主办的第二次大规模中微子实验。

自20世纪50年代科学家发现中微子以来，中微子研究一直被视为全球科学界的一个前沿课题。中微子是来自微观粒子世界的神秘使者，可以*移动，几乎不与任何物质相互作用，所以它们也被称为“幽灵”粒子。

2012年，中国科学院高能物理研究所(以下简称高能研究所)牵头的大亚湾反应堆中微子实验发现了中微子的第三种振荡模式，并被评价为开启了未来中微子物理研究的大门。这是国际前沿研究领域另一项具有重大意义的科学研究成果。

此次启动的江门中微子实验指的是国际前沿热点——测量中微子质量序列，希望能逐步揭开“幽灵”粒子的神秘面纱。

中国科学院院长白春礼发来了贺信。他指出，江门中微子实验是“中国科学家在中微子研究领域迈出的重要一步，对巩固中国中微子研究的领先地位具有重要意义”。

他殷切希望，按照“第一行动”计划的有关要求，在大亚湾实验取得成功的基础上，该所将继续坚持不懈地努力，全力以赴解决关键问题，使江门中微子实验在各方面取得扎实进展，争取早日运行，取得显著成效。在中微子研究领域，由于国家战略科技力量，它处于世界领先地位，做出了重大的创新贡献。

飞奔的马没有备鞍。

尽管“幽灵”粒子相当神秘，但中国科学家追求它的步伐并没有放慢。江门中微子实验就是一个很好的例子。

大亚湾实验发现新的振荡模式后，科学家们立即踏上了新的征程。通过反复比较物理发现能力，江门中微子实验(原名大亚湾二期实验)于2012年8月将阳江和台山核电站附近的江门市确定为最佳地点。

2013年2月，江门中微子实验被列为试点专项A类。同年6月10日，由白春礼牵头，200多位专家经过一年多的深入研究，发布了《2020年科技发展新趋势与战略选择》报告。据报道，江门中微子实验项目的重点是建设一个大型高精度中微子实验站，以研究反应堆中微子振荡。

经过详细的地质勘探和调查，试验站已确定在江门市开平市金鸡镇和赤水镇交界处的大石山地区落户。竣工后，实验室将成为中国跨度和土方量最大的地下洞室。

2014年7月，该实验成立了一个国际合作小组，来自中国(包括*)、捷克*、芬兰、法国、德国、意大利、俄罗斯等国家和地区的45个研究单位的320多名研究人员正式参与了该实验。此外，包括美国在内的五个国家的十几个研究机构也准备加入。

这项实验的主要科学目标是利用反应堆中微子振荡来确定中微子的质量序列，这对人类理解物质的微观基本结构和宏观宇宙的起源和演化具有重要意义在江门中微子实验启动仪式上，中国科学院国际实验合作组发言人、高级能源研究所所长王说。

该实验站将建在地下729米处，计划于2020年投入使用，并开始至少20年的物理回收。实验中微子探测器将是世界上能量精度最高、规模最大的液体闪烁探测器。本次实验的启动标志着中国中微子实验研究开始跨越式发展。

目前，除江门中微子实验外，日本、美国、欧洲、印度和韩国等5个国家和地区仍有7个实验计划进行中微子质量序列研究。王说:“江门中微子实验依托中国领先的液体闪烁探测器技术和反应堆中微子物理，提出了独创的实验方案，预计将在确定中微子质量序列方面处于领先地位。”

剑指国际前沿热点。

中微子是一种质量极小的不带电荷的基本粒子。有三种类型，即电子中微子、μ中微子和τ中微子。在已知构成物质世界的12种基本粒子中，它们占四分之一，在微观粒子物理学和宇宙的宏观起源和演化中发挥着极其重要的作用。

中微子有质量，这是唯一一种有超越粒子物理标准模型的确凿实验证据的现象。对中微子的研究可能会发现新的物理学。在大亚湾反应堆中微子实验发现中微子振荡的第三种模式后，国际中微子研究的下一个热点是测量中微子质量序列。物理敏感性分析表明，本研究的最佳实验地点在距离反应堆50 ~ 55公里、与所有反应堆等距的区域。江门中微子实验站距离广东阳江和台山反应堆约53公里，是世界上最适合用核反应堆测量中微子质量序列的地方。

阳江核电站共有6座反应堆，全部已开工或竣工，总热功率为17.4千瓦。台山核电站有4座计划中的反应堆，2座在建，总热功率为18.4千瓦。阳江和台山核电站拥有世界上最高的有效反应堆群功率。

王说:“江门中微子实验是针对当前国际中微子研究的热点问题:中微子质量序列测量它是中微子的内在属性之一，决定了中微子的味道结构。这是所有粒子物理模型都必须面对的问题。它直接影响中微子振荡的概率以及中微子与物质之间的相互作用，因此它对宇宙的演化、太阳中微子和超新星中微子的产生和传播以及各种长基线中微子振荡都有重要影响。这是测量中微子绝对质量的前提，也将决定另一个极其重要的实验——无中微子双β衰变实验的未来发展方向。

“江门中微子实验能准确测量中微子6个振荡参数中的3个，达到国际最佳水平，优于1%，使检验中微子混合矩阵的单一性和发现新物理成为可能。”王对说道。它还可以研究超新星中微子、太阳中微子、地球中微子、惰性中微子等。它不仅对理解粒子物理学的微观规律有很大贡献，而且对宇宙学、天体物理学甚至地球物理学也有很大贡献。

科学技术是强国的基础，创新是国家进步的灵魂基础研究是自主创新的源泉，是科技推动经济发展的动力。

中国国家自然科学基金委员会数学科学部常务副主任冀培文说，中国基础科学研究正处于重要的转型期，已经从追赶国际先进水平发展到与国际先进水平同步，目前正在向领先国际先进水平迈进。"现在是中华民族为现代科学发展做出贡献的重要时刻."他说。

中国科学家启动了江门中微子实验，并与相关国际专家就中微子质量序列等重大问题进行了联合研究。“这充分显示了中国高能物理学家的气魄、能力、水平和信心，表明中国科学院在粒子物理研究领域又迈出了一大步，正在赶上中国基础研究的国际先进水平。”纪沛文说道。

省市议会共同推动合作

江门中微子实验是继大亚湾中微子实验和东莞中子科学中心之后，中国科学院高能研究所在广东省建设的第三个重大科技基础设施项目。省市当局之间的这种密切合作赢得了各方的赞扬。

科技部基础研究司副司长郭志伟表示，江门中微子实验不仅进一步扩大了国内研究队伍，加强了国际合作，成立了国际合作小组，这是另一个主要由中国科学家开展的重大合作项目，也是*、科研机构和企业合作支持大型研究项目的又一例证。

作为东道主，广东省人民*副省长陈云贤在生产、教学、科研合作的盛会上，表示衷心的祝贺。中国科学院与广东省合作建设江门中微子实验项目，不仅对实施科技强国战略，实现我国粒子物理研究的跨越式发展具有重要意义，而且对广东聚集创新人才，提高自主创新能力和产业竞争力也具有重要意义。

江门中微子实验将设计、开发和建设国际领先的基础科研平台和国际一流的科研团队。这不仅将挑战许多主要的科学前沿，也将挑战诸如高量子效率光电探测器器件、超大高精度探测器、高性能极低背景液体闪烁体等技术问题。“这有望为提高企业研发水平、打破国际技术垄断做出重要贡献。”陈云贤说。

“我们将认真落实和落实双方关于合作建设江门中微子实验项目的合作协议，全力支持和配合项目建设，建立紧密、高效、快速的反应协调机制，努力为项目如期完成创造良好环境。使之成为我省参与重大科研项目的又一成功范例。”陈云贤说。

《中国科学报》(第五版《创新周刊》，2015年1月19日)

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